Table Of ContentFORSCHUNGSBERICHTE
DES LANDES NORDRHEIN-WESTFALEN
Herausgegeben durch das Kultusministerium
Nr.939
Prof. Dr.-Ing. habil. Wilhelm Petersen
Dipl.-Ing. Hans Mingenbach
Dozentur für Brikettierung der Technischen Hochschule Aachen
Untersuchungen über die Herstellung von Erzbriketts
Als Manuskript gedruckt
WESTDEUTSCHER VERLAG / KOLN UND OPLADEN
1961
ISBN 978-3-663-03836-8 ISBN 978-3-663-05025-4 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-663-05025-4
G 1 i e der u n g
1. Einleitung •. S. 5
2. Zweck und Ziel der Untersuchungen S. 5
3. Beschaffenheit der Rohstoffe ••••••••• S. 6
3. 1 Erz e . • • . • • • S. 6
3.2 Zuschlags toffe • • . ••• S. 9
3.3 Bindemittel . • • • . •••• S. 10
4. Versuchsanordnung und Versuchsgeräte • S. 10
4.1 Allgemeines •.••.••••• S. 10
4.2 Versuchsanordnung und -geräte für die Erzeugung der
Erzbriketts ••••• . • • • • • • • • • • • • S. 10
4.3 Versuchsanordnung und -geräte zur Erhitzung der
Erzbriketts ••••..••• • • . • • • • • • • S. 18
4.4 Versuchsanordnung und -geräte zur Güteprüfung der
Erzbriketts • . • • • • • • • • • • • • • . • • • S. 20
5. Untersuchung über die Brikettierfähigkeit und Ofenstand-
....
festigkeit von Erzbriketts •••••••••••• c 21
5.1 Brikettierungsversuche auf der hydraulischen 60t
Presse der Firma Losenhausen, Düsseldorf • . S. 21
5.11 Zuschlag von Kalkhydrat aus Stolberg S. 21
5.110 Brikettierungsversuche mit Magnetkonzentrat aus
Salzgitter •••••• S. 24
5.111 Brikettierungsversuche mit Gichtstaub aus
Rhein~
hausen . • • • . • • . S. 32
5.112 Brikettierungsversuche mit Magnetitschlich aus
Sydvaranger S. 34
5.113 Brikettierungsversuche mit Kahlenberger Doggererz S. 35
5.114 Brikettierungsversuche mit Siegerländer Rostspat-
staub. . . . . . . . . S. 37
5.115 Brikettierungsversuche mit Siegerländer Feinrohspat S. 41
5.116 Brikettierungsversuche mit Siegerländer Rohspat-
schlamm . . . . . .. .......... . S. 42
5.117 Brikettierungsversuche mit Pegnitz-Konzentrat S. 43
5.118 Brikettierungsversuche mit Waldhausenerz • S. 46
5.119 Brikettierungsversuche mit Itaberit-Erz •••. S. 49
5.12 Zuschlag von Abfallkalk Wülfrath ••••• s. 50
5.121 Brikettierungsversuche mit Pegnitz-Filterstaub . S. 50
Sei te 3
5.13 Zuschlag von BASF-Karbidkalk •••••••••• S. 54
5.131 Brikettierungsversuche mit Pegnitz-Filterstaub • S. 54
5.14 Brikettierungsversuche mit Kalkstein (CaC03) •• S. 56
5.141 Brikettierungsversuche mit Gichtstaub aus Rhein-
hausen • • • • • • . . S.
5.142 Brikettierungsversuche mit Filterstaub aus Salz-
gitter • • • • • • • • S. 58
5.143 Brikettierungsversuche mit Siegerländer Feinrohspat S. 58
5.15 Brikettierungsversuche mit Dolomit •.••.••. S. 58
5.151 Brikettierungsversuche mit Siegerländer Rostspat-
staub . . . . . . .. ..... . S. 58
5.152 Brikettierungsversuche mit Filterstaub aus Salz-
gitter • • • • • • • • S. 58
Brikettierungsversuche mit Mg(OH)2 • S. 59
Brikettierungsversuche mit Sulfitablauge und Zell-
pech . . . . . . . . . S. 60
5.171 Brikettierungsversuche mit Gichtstaub der Hoesch-
Westfalenhütte • • • . s. 60
5.172 Brikettierungsversuche mit Pegnitzkonzentrat •• S. 65
5.2 Brikettierungsversuche auf der Versuchsringwalzen-
presse der Firma Buckau R. Wolf AG.,Grevenbroich-Neuß S. 68
5.21 Brikettierungsversuche mit Gichtstaub der Hoesch
s.
Westfalenhütte mit Anteil von Ca(OH)2 aus Stolberg. 70
5.22 Brikettierungsversuche mit Gichtstaub der Hoesch
Westfalenhütte mit Anteil von Abfallkalk aus
Wülfrath ••• S. 74
5.3 Brikettierungsversuche mit der 1 x 2" Einstrang
Schubkurbel-Labor-Strangpresse der Firma Klöckner
Humboldt-Deutz AG, Köln s. 74
5.31 Ermittlung der Ausstoßkräfte für ein Brikett auf der
hydraulischen 60 t-Presse S. 76
5.32 Rückschlüsse auf den Versuchsbetrieb mit der 1 x 2"
Laboratoriums-Schubkurbel-Strangpresse • S. 78
6. Zusammenfassung und Schlußbetrachtung S. 81
Li teraturverzeichnis • • • • • • ••• S. 83
Seite 4
1. Einleitung
Während man die Stückigmachung von Feinsterzen, insbesondere von Eisen
erzen bis zum Jahre 1910 etwa in erster Linie durch die Brikettierung
vornahm, ging man in jener Zeit in zunehmendem Maße dazu über, die
Stückigmachung durch Sinterung der feinen Erze vorzunehmen. Hinzu kam
in den letzten Jahren für gewisse Erze das Pelletisieren. In jüngster
Zeit sind jedoch die Sinterkosten (sie werden 1956 bei einer Ruhrhütte
mit 18.- DM/t angegeben) erheblich angestiegen. Das führte dazu, daß
die Erzbrikettierung heute auch wieder wirtschaftlich an Bedeutung ge
winnt. Die Anwendung der Brikettierung ist in erster Linie bei solchen
feinkörnigen Erzen vorzunehmen, bei denen die thermische Vorbehandlung
durch Sinterung keinen ausschlaggebenden verhüttungs technischen Vorteil
ergibt. Dies trifft z.B. eindeutig für Gichtstaub zu.
Die Vorteile der Brikettierung dieser Stoffe sind neben den geringeren
Betriebs- und Investitionskosten gegenüber dem Sintern auch in techni
schen und betrieblichen Gründen zu suchen. Die Brikettierung des Gicht
staubes kann unmittelbar neben der Staubabscheidung erfolgen. Dadurch
werden Förderung und Lagerung erspart. Außerdem wird die fühlbare Wärme
für die Verfestigung des Briketts ausgenutzt. Bei Verwendung von Sulfit
ablauge als Bindemittel erübrigt sich dadurch ein Kanalofen zur Nach
%
verfestigung der Preßlinge. Der im Gichtstaub bis zu 10 vorhandene
Kohlenstoff bleibt für die Verhüttung erhalten.
Außerdem kommt die Brikettierung für alle jene Feinsterze in Frage, die
nur geringe Stoffe enthalten, die durch das Sintern ausgetrieben werden.
Hierzu gehören der Magnetit, Hämatit und der Rostspat.
Außer dem wirtschaftlichen Vorteil der Brikettierung ist zu berücksich
tigen, daß sie standortunabhängiger ist als die Sinterung. Die Briket
tierung der Feinsterze kann z.B. am Herstellungsort erfolgen.
Für den Anbau von Sinteranlagen fehlt den deutschen Hüttenwerken weit
gehend der Platz. Es ist zu erwarten, daß Brikettieranlagen bei gleicher
Leistung geringeren Platzbedarf haben als Sinteranlagen.
2. Zweck und Ziel der Untersuchungen
Während man bei der Erzbrikettierung bisher mit Bindemitteln arbeitete,
welche für die Verhüttung als artfremde Stoffe zu bezeichnen sind, die
also zur Ersc?melzung der Metalle nicht unbedingt benötigt werden, wobei
diese Bindemittel zusätzliche Schwierigkeiten bei der Verhüttung zur
Seite 5
Folge hatten, war es das Ziel dieser Untersuchungen, Bindemittel zu ver
wenden, welche ohnedies bei der Verhüttung der Erze benötigt werden. Da
bei müssen die unter Verwendung derartiger Stoffe erzeugten Briketts
nicht nur im kalten Zustand eine ausreichende Festigkeit aufweisen, son
dern sie müssen auch im Ofen bei den während der Verhüttung erzielten
Temperaturen noch genügende Festigkeiten behalten, um die Last der dar
über liegenden Beschickungssäule aufzunehmen, ohne daß der Preßling zer
fällt oder namhafte Abriebbildungen eintreten. Eine besondere Nachbehand
lung der Preßlinge, etwa durch thermische Behandlung, durch Druckdämp
fung oder Behandlung mit Kohlensäure, wird ausgeschlossen.
Die Untersuchungen erstrecken sich auf die Ermittlung der Art der Preß
bedingungen) der Brauchbarkeit verschiedener basischer und anderer Zu
schläge, der Einflüsse der Mengenanteile der Zuschläge und der Brauch
barkeit der Verfahren für die verschiedensten Eisenerze; abschließend
wird über die Lagerungsfähigkeit der Briketts und die Verwendungsmöglich
keit verschiedener Pressenbauarten, wie Ringwalzenpressen und Strang
pressen, für die Erzbrikettierung berichtet.
3. Beschaffenheit der Rohstoffe
3.1 Erze
Die Auswahl der Erze erfolgte nach dem Gesichtspunkt, möglichst ver
schiedenartige Erze auf ihre Eignung zu untersuchen.
Die Calbecht der Erzbergbau Salzgitter AG stellte
Z~ntralaufbereitung
für die Versuche Magnetkonzentrat und Filterstaub zur Verfügung. Das
Erz ist ein Brauneisenstein, ein wasserhaltiges Eisenoxyd Fe203.H20
oder es fiel als FeC0 oder FeCa(C0 )2 aus. Der Fe-Gehalt der bauwürdi
3 3
gen Lagerstättenteile beträgt etwa 25 bis 30 ~ bei etwa gleichhohem
Si02+A1203-Gehalt und etwa 3,7 ~ Kalkgehalt.
Das Magnetkonzentrat ist das Endprodukt der Aufbereitung, sein Fe-Ge
halt beträgt 33 ~. Neben nur 3 ~ CaO beträgt der Si02-Gehalt 22 ~. Aus
diesem Grunde verlangt dieses Erz einen entsprechend hohen basischen
ZUSChlag.
Der Filterstaub ist ein Zwischenprodukt der gleichen Aufbereitung und
enthält nur 22 ~ Fe. Dafür ist der Si02-Gehalt mit 33 ~ bedeutend höher
als beim Fertigprodukt bei fast gleichem CaO-Gehalt von 5 ~.
Die Erzbergbau Siegerland AG lieferte für diese Untersuchungen Rost
spatstaub, Feinrohspat und Rohspatschlamm. Der Spateisenstein hat als
Seite 6
%, % %
Roherz einen Fe-Gehalt von 32 6,5 Mn und 17 Si02. Durch die me
chanische Aufbereitung und anschließende Röstung wird das FeC0 durch
3
Austreibung der Kohlensäure und des Schwefels aus beigemengten Sulfiden
in ein oxydisches Erz übergeführt und weitgehend angereichert. Der Rost
spatstaub ist ein Aufbereitungsprodukt der Grube "Neue Hardt". Mit sei
%
nem Fe-Gehalt von 45 gehört er zu den Fe-reicheren Erzen, die im Rah
%
men dieser Arbeit untersucht wurden. Bei seinem Si0 -Gehalt von 13
2
ist er wegen seines geringen CaC0 -Gehaltes als saures Erz anzusprechen.
3
Von der Grube "Eisenhardter Tiefbau" stammt der karbonatische Feinroh
%.
spat. Er besitzt einen Eisengehalt von 37 Seine Gangart enthält nur
% %
1 CaC03 und 3 Si02.
Der karbonatische Rohspatschlamm der Aufbereitung "Alte Hütte" besaß
%. %
nur einen Fe-Gehalt von 25 Sein Si0 -Gehalt ist mit 20 wiederum
2
recht hoch.
Das Hüttenwerk Rheinhausen stellte den bei den unter 5.111 beschriebe
nen Versuchen verwendeten Gichtstaub und den Magnetitschlich von Syd
varanger/Norwegen zur Verfügung. Der Gichtstaub (Fe, FeO, Fe(OH)2'
% % %
Fe203, Fe304) enthielt neben fast 44 Fe etwa 10 Si02 sowie 7 CaO.
%
Der Magnetitschlich aus Sydvaranger ist mit etwa 61 Fe eines der
%
eisenreichsten untersuchten Erze. Sein CaC0 -Gehalt von etwa 1 und
3
%
sein Si02-Gehalt von etwa 8 kennzeichnen ihn als ein saures Erz.
%
Der Gichtstaub der Hoesch-Westfalenhütte AG, Dortmund, besaß mit 34,34
einen niedrigeren Fe-Gehalt als der Gichtstaub vom Hüttenwerk Rhein
%
hausen. Sein Si02-Gehalt dagegen lag mit 12,38 ebenso wie der CaO
%
Gehalt mit 11,68 höher als die angelieferte Probe vom Hüttenwerk
Rheinhausen.
Die Barbara Erzbergbau AG lieferte aus der Aufbereitung ihrer Grube
%
Kahlenberg ein Doggererz (Fe 0 .H 0 ; Fe 0 ), das von 20 bis 23 Fe
2 3 2 2 3
%
im Rohhaufwerk auf etwa 35 Fe angereichert wurde. Sein CaC0 -Gehalt
3
%
ist mit 24 recht hoch und liegt damit weit über dem Si0 -Gehalt von
2
%.
etwa 10
Die auf dem Schwäbisch-Fränkischen Jura abbauende Gewerkschaft Eisen
steinzeche "Kleiner Johannes" in Pegnitz/Oberfranken stellte ihr Fer
tigprodukt Pegnitzkonzentrat und den bei der Trocknung und Zerkleine
rung anfallenden Filterstaub zur Verfügung. Das im Dogger liegende
Brauneisen-Oolithflöz (Eisenhydroxyd oder Eisenoxyde) mit einem Fe-Gehalt
Sei te 7
Al023 [%] gering gering - - - - - - - 8,61 11,47 3,9 0,40
e 3] 4 3 7 5 5 8
cht dm 2,7 - 3,9 3,5 3,1 - - 4,2 3,0 - - - -
Wi g/
k
[
-
-
eile reiesWasser[%] 1,2 0,8 - - - 1,0 - 5,2 1,4 - - - 0,02
t F
d
an 3 3 C03 O 03 03 O O
zbest O 3.CaO %] OCaO 0 CaO 0 Ca0 0 Ca0 44 Ca 8 CaO 68 Ca 0 CaC 0 CaC 47 Ca 42 Ca 0 CaO
Er aCzw[ 3, 5, 1, 1, 1, 6, 1, 1, 4, 0, 0, 5, -
Cb < < 1 2
n
e 1 edene Si02 [%] 22,0 33,0 13,37 3,28 20,6 9,8 12,38 7,79 9-10 18,24 26,02 21,9 0,70
1 hi
e 1 ersc etall %] 3,0 4,0 2,90 3,81 0,52 5,73 4,34 0,81 3-34 0,49 2,27 1,9 9,08
v M [ 3 2 5 4 3 4 3 6 3 4 3 4 6
b
r
Ta g de Mn [%] - - 7,32 6,68 5,40 1,93 - 0,11 - 0,34 0,18 1,2 0,08
n .
u
stell Fe %] 3,0 4,0 5,58 7,13 5,12 3,8 4,34 0,7 3-34 0,15 2,09 0,7 9,0
n [ 3 2 4 3 2 4 3 6 3 4 3 4 6
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m m
a ße °°° °° °° °°° rzi-m°
Zus orngrö [mm] 0,5 - 0,5 - 0,1 - 1,0 < 601.1 0,5 - 1,0 - 1,0 - 0,25- 0,6 - 1,0 - 1,0 - Stückezerklenert <1 2,0 -
K
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b
u
Erzart Magnetkönzentrat (Salzgitter) Filterstaub (Salzgitter) Rostspatstaub (Siegerland) Feinrohspat (Siegerland) Rohspatschlamm (Siegerland) Gichtstaub (Rheinhausen) Gichtstaub (Westfalenhütte) Magnetitschlich (Sydvaranger) Doggererz (Kahlenberg) Pegnitzkonzentrat(Pegnitz) Pegnitz-Filtersta(Pegnitz) Waldhausenerz (Weilburg) Itaberiterz (Minas Geraes)
tn .... 1\1 cf (1) CD
%, % %
von etwa 31 35 Si02, 6,6 Al203 wird abgebaut, und in der Aufbe
reitung erfolgt eine Anreicherung des Haufwerkes auf etwa 40 % Fe bei
% % %
18,24 Si02 und etwa 0,5 CaO und 8,6 A1203•
Der Filterstaub weist gegenüber dem Rohhaufwerk im Eisengehalt keine
% %
Veränderung auf (32 Fe). Lediglich der Si02-Gehalt ist mit 26 nie
driger, dafür allerdings der Al203-Gehalt mit 11,5 %b edeutend höher.
Die Bergverwaltung Weilburg der Harz-Lahn-Erzbergbau AG lieferte von
ihrer Grube Waldhausen einen Roteisenstein der Zusammensetzung Fe203,
FeC0 und Fe 0 als Stückerz für diese Versuche. Der Fe-Gehalt wird mit
3 3 4
% %
40 und der Si02-Gehalt mit 38 angegeben.
Das bei den Versuchen benutzte Itaberiterz aus Minas Geraes/Brasilien
lieferte der Eschweiler Bergwerksverein. Es ist stark metamorph bean
sprucht und daher von glimmerartiger Struktur. Sein ist mit
Eis~ngehalt
% %
69 sehr hoch; Si02- und Al203-Gehalte sind mit 0,1 bzw. 0,4 ausge
sprochen niedrig. In der Tabelle 1 sind die einzelnen Bestandteile nebst
der bei den Versuchen verwendeten Körnung zusammengestellt.
3.2 Zuschlagstoffe
Auf Grund unserer erfolgreichen Versuche zur Herstellung von Möllerbri
ketts unter Verwendung von basischen Zuschlags toffen (Forschungsberichte
Nr. 418 und 625) bestand die Absicht, die bei den Möllerbriketts erhal
tenen Ergebnisse sinngemäß auf die Brikettierung von reinen mit
Er~en
basischen Zuschlags toffen zu übertragen.
Da sich bei allen Versuchen das Kalkhydrat, Ca(OH)2' als geeigneter Zu
schlagstoff herausgestellt hatte, richteten wir unser Augenmerk zunächst
auf diesen Zuschlagstoff. Dieser Stoff ist bei der Brikettierung und
zum Erreichen einer genügenden Ofenstandfestigkeit von Einfluß. Im ein
zelnen wurden neben Kalkhydrat, das sowohl in handelsüblicher Qualität
der Westdeutschen Kalk- und Portlandzement-Werke AG, Werk Stolberg, als
auch als Abfallprodukt der Rheinischen Kalkwerke Wülfrath vorlag, Kal
ziumkarbonat (CaC0 ), Dolomit (CaC0 .MgC0 ) und Magnesiumhydroxyd
3 3 3
(Mg (OH)2)' verwendet. Die Zuschlags toffe lagen als Feinstkorn, mit
%
Ausnahme des Abfallkalkes aus Wülfrath, mit 100 kleiner als 60~ vor.
Während Ca(OH)2' Mg(OH)2 und CaC03.MgC03 in fast chemisch reinem Zus~and
angeliefert wurden, wurde für die Versuche mit Kalziumkarbonat (CaC0 )
3
ein gemahlener Kalkstein verwendet, wie er im Bergbau für Sicherheits
°
zwecke benutzt wird. Der Abfallkalk Wülfrath lag in einer Körnung 5 bis mm
Seite 9
%,
vor. Sein Ca(OH)2-Gehalt schwankte zwischen 60 und 70 wobei der ge
ringere Ca(OH)2-Gehalt dem gröberen Körnungsanteil zugeordnet ist. Dane
ben wurde in einer Versuchsreihe noch Kalkhydrat der Badischen Anilin
und Soda-Fabrik, Ludwigshafen, das bei der Azetylen-Herstellung anfällt
und in ziemlich reiner Form vorlag, verwendet.
3.3 Bindemittel
Für die Brikettierung von Gichtstaub und Pegnitzkonzentrat wurde auch
Sulfitablauge bzw. Zellpech als Bindemittel herangezogen. Vor allem bei
der Gichtstaubbrikettierung hatte sich Sulfitablauge als Bindemittel
bereits bewährt. Durch Laboratoriumsversuche sollte nun nachgeprüft
werden, ob sich der im Betrieb erforderliche Bindemittelbedarf noch
weiter senken ließe. Bei Pegnitzkonzentrat lag die Aufgabenstellung an
ders. Durch den hohen Tongehalt ist diesem Brikettiergut bereits ein
"Bindemittel" beigegeben. Es sollte im Rahmen dieser Arbeit überprüft
werden, ob durch Sulfitablauge von 31.5 Be (Zellstoffwerk Walsum) die
Bindekraft des Tones erhöht werden könnte.
4. Versuchsanordnung und Versuchsgeräte
4.1 Allgemeines
Die im Rahmen dieser Arbeit besprochenen Versuche wurden im Brikettie
rungslaboratorium der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule
Aachen durchgeführt. Die meisten Rohstoffe wurden als übliche Aufberei
tungserzeugnisse angeliefert. Nur bei dem Waldhausenerz war eine Nach
zerkleinerung auf die Korngröße unter 1 mm auf der Laboratorims-Schei
benmühle erforderlich.
4.2. Versuchsanordnung und -geräte für die Erzeugung der Erzbriketts
Die Briketts der Vorversuche wurden auf einer hydraulischen 60-t-Presse
der Firma Losenhausenwerk, Düsseldorf-Oberkassel, hergestellt. Die Bau
und Arbeitsweise dieser Presse sowie das benutzte Formzeug ist bereits
*
an anderer Stelle beschrieben[1] •
Als weitere Preßeinrichtungen standen für diese Versuche zur Verfügung
eine Versuchsringwalzenpresse von der Firma Buckau R. Wolf in Greven-
* Die in Klammer gesetzten Zahlen verweisen auf das Literaturverzeich
nis am Ende dieser Arbeit
Seite 10
